小 H 最近在研究随机算法。随机算法往往需要通过调用随机数生成函数(例如 Pascal 中的 $\texttt{random}$ 和 C/C++ 中的 $\texttt{rand}$)来获得随机性。事实上,随机数生成函数也不是真正的「随机」,其一般都是按某个算法计算得来的。
比如,下面这个二次多项式递推算法就是一个常用算法:
算法选定非负整数 $x_0,a,b,c,d$,并采用如下公式递推进行计算。
$$\forall i \geq 1,\ x_i=(ax_{i-1}^2+bx_{i-1}+c)\bmod d$$
这样可以得到一个任意长度的非负整数数列 ${x_i}_{i \geq 1}$。一般说来,我们认为这个数列是随机的。
利用随机序列 ${x_i}{i \geq 1}$,我们还可以采用如下算法产生一个从 $1$ 到 $K$ 的随机排列 ${T_i}^K$:
1. 初始设 $T$ 为 $1 \sim K$ 的递增序列;
2. 对 $T$ 进行 $K$ 次交换,第 $i$ 次交换,交换 $T_i$ 和 $T_{(x_i \bmod i)+1}$ 的值。
此外,小 H 在这 $K$ 次交换的基础上,又额外进行了 $Q$ 次交换工作,对于第 $i$ 次交换,小 H 会选定两个额外下标 $u_i$ 和 $v_i$,并交换 $T_{u_i}$ 和 $T_{v_i}$ 的值。
为了检验这个随机生成算法的实用性,小 H 设计了如下问题:
小 H 有一个 $N$ 行 $M$ 列的棋盘,她首先按照上述过程,通过 $N\times M+Q$ 次交换操作,生成一个 $1 \sim N \times M$ 的随机排列 ${T_i}^{N \times M}{i \geq 1}$,然后将这 $N \times M$ 个数逐行逐列依次填入这个棋盘:也就是第 $i$ 行第 $j$ 列的格子上所填入的数应为 $T$。
接着小 H 希望从棋盘的左上角,也就是第一行第一列的格子出发,每次向右走或向下走,在不走出棋盘的前提下,走到棋盘的右下角,也就是第 $N$ 行第 $M$ 列的格子。
小 H 把所经过格子上的数字都记录了下来,并从小到大排序,这样,对于任何一条合法的移动路径,小 H 都可以得到一个长度为 $N+M-1$ 的升序序列,我们称之为路径序列。
小 H 想知道,她可能得到的字典序最小的路径序列应该是怎样的呢?